Rätsel der Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie

Die elektrisch ungeladenen Neutronen bilden gemeinsam mit Protonen den Atomkern. Sie bestehen aus jeweils drei Quarks, zusammengehalten durch die starke Wechselwirkung. Es stellt sich die Frage, ob sie ein elektrisches Dipolmoment (nEDM) besitzen. Machen wir es bildlich: Wenn man eine Wippe ins Gleichgewicht bringt, sorgt man dafür, dass der Massenmittelpunkt am Auflagepunkt der Wippe liegt. Anstatt die Position der Wippenden aber zu verändern, wäre es auch denkbar, stattdessen den Auflagepunkt der Wippe so zu verschieben, bis er genau im Schwerpunkt der Wippe ist. Und genau darum geht es hier: Tauschen wir die Massen mit elektrischen Ladungen, ist dieser Schwerpunkt genau das elektrische Dipolmoment. Falls also das Neutron ein elektrisches Dipolmoment besitzt, sind die Ladungen innerhalb des Neutrons permanent verschoben. Ein permanentes elektrisches Dipolmoment könnte sich aber eigentlich unter Paritätsund Zeittransformationen nicht erhalten. Das wäre eine CP-Verletzung, und damit genau die Brechung der Symmetrie, nach der wir suchen, um das Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie zu erklären.
Auch das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, das unser gegenwärtiges Verständnis der Teilchenphysik erfolgreich beschreibt, kennt ein elektrisches Dipolmoment des Neutrons, das ungefähr bei dn = 10−32 e cm liegt. Dieses Dipolmoment und die damit verbundene Verletzung der Symmetrie wäre allerdings zu gering, um das Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie zu erklären. Wir wissen, dass das elektrische Dipolmoment des Neutrons dn < 1,3 · 10−26 e cm sein muss. Die momentanen Messungen versuchen, das obere Limit um zwei Größenordnungen zu verbessern, und könnten damit viele Theorien ausschließen, die ein höheres elektrisches Dipolmoment des Neutrons vorhersagen und auch die Asymmetrie im Universum erklären.